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C ++ équivalent d'instanceof

Quelle est la méthode préférée pour obtenir l'équivalent C++ de instanceof?

c++oop
193
Yuval Adam

Essayez d'utiliser:

if(NewType* v = dynamic_cast<NewType*>(old)) {
   // old was safely casted to NewType
   v->doSomething();
}

Cela nécessite que votre compilateur active le support rtti.

EDIT: J'ai eu de bons commentaires sur cette réponse!

Chaque fois que vous devez utiliser un dynamic_cast (ou une instance de), vous feriez mieux de vous demander si c'est une chose nécessaire. C'est généralement un signe de mauvaise conception.

Les solutions de contournement typiques consistent à intégrer le comportement spécial de la classe que vous recherchez dans une fonction virtuelle de la classe de base ou à introduire quelque chose comme un visiteur dans lequel vous pouvez introduire un comportement spécifique pour les sous-classes sans modifier l'interface (sauf pour ajouter l'interface d'acceptation des visiteurs bien sûr).

Comme indiqué, dynamic_cast n'est pas gratuit. Un hack simple et performant qui gère la plupart des cas (mais pas tous les cas) consiste à ajouter une énumération représentant tous les types possibles de votre classe et à vérifier si vous avez le bon.

if(old->getType() == BOX) {
   Box* box = static_cast<Box*>(old);
   // Do something box specific
}

Ce n'est pas une bonne conception, mais cela peut être une solution de contournement et son coût est plus ou moins un simple appel de fonction virtuelle. Cela fonctionne aussi, que RTTI soit activé ou non.

Notez que cette approche ne prend pas en charge plusieurs niveaux d'héritage. Par conséquent, si vous ne faites pas attention, vous pourriez vous retrouver avec un code ressemblant à ceci:

// Here we have a SpecialBox class that inherits Box, since it has its own type
// we must check for both BOX or SPECIAL_BOX
if(old->getType() == BOX || old->getType() == SPECIAL_BOX) {
   Box* box = static_cast<Box*>(old);
   // Do something box specific
}
193
Laserallan

En fonction de ce que vous voulez faire, vous pouvez le faire:

template<typename Base, typename T>
inline bool instanceof(const T*) {
    return std::is_base_of<Base, T>::value;
}

Utilisation:

if (instanceof<BaseClass>(ptr)) { ... }

Cependant, cela ne concerne que les types connus du compilateur.

Modifier:

Ce code devrait fonctionner pour les pointeurs polymorphes:

template<typename Base, typename T>
inline bool instanceof(const T *ptr) {
    return dynamic_cast<const Base*>(ptr) != nullptr;
}

Exemple: http://cpp.sh/6qir

33
panzi

Instance d'implémentation sans dynamic_cast

Je pense que cette question est toujours d'actualité aujourd'hui. En utilisant le standard C++ 11, vous pouvez maintenant implémenter une fonction instanceof sans utiliser dynamic_cast Comme ceci:

if (dynamic_cast<B*>(aPtr) != nullptr) {
  // aPtr is instance of B
} else {
  // aPtr is NOT instance of B
}

Mais vous dépendez toujours du support RTTI. Voici donc ma solution à ce problème en fonction de certaines macros et métaprogrammations magiques. Le seul inconvénient à mon avis est que cette approche pas fonctionne pour l'héritage multiple .

InstanceOfMacros.h

#include <set>
#include <Tuple>
#include <typeindex>

#define _EMPTY_BASE_TYPE_DECL() using BaseTypes = std::Tuple<>;
#define _BASE_TYPE_DECL(Class, BaseClass) \
  using BaseTypes = decltype(std::Tuple_cat(std::Tuple<BaseClass>(), Class::BaseTypes()));
#define _INSTANCE_OF_DECL_BODY(Class)                                 \
  static const std::set<std::type_index> baseTypeContainer;           \
  virtual bool instanceOfHelper(const std::type_index &_tidx) {       \
    if (std::type_index(typeid(ThisType)) == _tidx) return true;      \
    if (std::Tuple_size<BaseTypes>::value == 0) return false;         \
    return baseTypeContainer.find(_tidx) != baseTypeContainer.end();  \
  }                                                                   \
  template <typename... T>                                            \
  static std::set<std::type_index> getTypeIndexes(std::Tuple<T...>) { \
    return std::set<std::type_index>{std::type_index(typeid(T))...};  \
  }

#define INSTANCE_OF_SUB_DECL(Class, BaseClass) \
 protected:                                    \
  using ThisType = Class;                      \
  _BASE_TYPE_DECL(Class, BaseClass)            \
  _INSTANCE_OF_DECL_BODY(Class)

#define INSTANCE_OF_BASE_DECL(Class)                                                    \
 protected:                                                                             \
  using ThisType = Class;                                                               \
  _EMPTY_BASE_TYPE_DECL()                                                               \
  _INSTANCE_OF_DECL_BODY(Class)                                                         \
 public:                                                                                \
  template <typename Of>                                                                \
  typename std::enable_if<std::is_base_of<Class, Of>::value, bool>::type instanceOf() { \
    return instanceOfHelper(std::type_index(typeid(Of)));                               \
  }

#define INSTANCE_OF_IMPL(Class) \
  const std::set<std::type_index> Class::baseTypeContainer = Class::getTypeIndexes(Class::BaseTypes());

Démo

Vous pouvez ensuite utiliser ce genre de choses (avec prudence) comme suit:

DemoClassHierarchy.hpp *

#include "InstanceOfMacros.h"

struct A {
  virtual ~A() {}
  INSTANCE_OF_BASE_DECL(A)
};
INSTANCE_OF_IMPL(A)

struct B : public A {
  virtual ~B() {}
  INSTANCE_OF_SUB_DECL(B, A)
};
INSTANCE_OF_IMPL(B)

struct C : public A {
  virtual ~C() {}
  INSTANCE_OF_SUB_DECL(C, A)
};
INSTANCE_OF_IMPL(C)

struct D : public C {
  virtual ~D() {}
  INSTANCE_OF_SUB_DECL(D, C)
};
INSTANCE_OF_IMPL(D)

Le code suivant présente une petite démonstration permettant de vérifier de manière rudimentaire le comportement correct.

InstanceOfDemo.cpp

#include <iostream>
#include <memory>
#include "DemoClassHierarchy.hpp"

int main() {
  A *a2aPtr = new A;
  A *a2bPtr = new B;
  std::shared_ptr<A> a2cPtr(new C);
  C *c2dPtr = new D;
  std::unique_ptr<A> a2dPtr(new D);

  std::cout << "a2aPtr->instanceOf<A>(): expected=1, value=" << a2aPtr->instanceOf<A>() << std::endl;
  std::cout << "a2aPtr->instanceOf<B>(): expected=0, value=" << a2aPtr->instanceOf<B>() << std::endl;
  std::cout << "a2aPtr->instanceOf<C>(): expected=0, value=" << a2aPtr->instanceOf<C>() << std::endl;
  std::cout << "a2aPtr->instanceOf<D>(): expected=0, value=" << a2aPtr->instanceOf<D>() << std::endl;
  std::cout << std::endl;
  std::cout << "a2bPtr->instanceOf<A>(): expected=1, value=" << a2bPtr->instanceOf<A>() << std::endl;
  std::cout << "a2bPtr->instanceOf<B>(): expected=1, value=" << a2bPtr->instanceOf<B>() << std::endl;
  std::cout << "a2bPtr->instanceOf<C>(): expected=0, value=" << a2bPtr->instanceOf<C>() << std::endl;
  std::cout << "a2bPtr->instanceOf<D>(): expected=0, value=" << a2bPtr->instanceOf<D>() << std::endl;
  std::cout << std::endl;
  std::cout << "a2cPtr->instanceOf<A>(): expected=1, value=" << a2cPtr->instanceOf<A>() << std::endl;
  std::cout << "a2cPtr->instanceOf<B>(): expected=0, value=" << a2cPtr->instanceOf<B>() << std::endl;
  std::cout << "a2cPtr->instanceOf<C>(): expected=1, value=" << a2cPtr->instanceOf<C>() << std::endl;
  std::cout << "a2cPtr->instanceOf<D>(): expected=0, value=" << a2cPtr->instanceOf<D>() << std::endl;
  std::cout << std::endl;
  std::cout << "c2dPtr->instanceOf<A>(): expected=1, value=" << c2dPtr->instanceOf<A>() << std::endl;
  std::cout << "c2dPtr->instanceOf<B>(): expected=0, value=" << c2dPtr->instanceOf<B>() << std::endl;
  std::cout << "c2dPtr->instanceOf<C>(): expected=1, value=" << c2dPtr->instanceOf<C>() << std::endl;
  std::cout << "c2dPtr->instanceOf<D>(): expected=1, value=" << c2dPtr->instanceOf<D>() << std::endl;
  std::cout << std::endl;
  std::cout << "a2dPtr->instanceOf<A>(): expected=1, value=" << a2dPtr->instanceOf<A>() << std::endl;
  std::cout << "a2dPtr->instanceOf<B>(): expected=0, value=" << a2dPtr->instanceOf<B>() << std::endl;
  std::cout << "a2dPtr->instanceOf<C>(): expected=1, value=" << a2dPtr->instanceOf<C>() << std::endl;
  std::cout << "a2dPtr->instanceOf<D>(): expected=1, value=" << a2dPtr->instanceOf<D>() << std::endl;

  delete a2aPtr;
  delete a2bPtr;
  delete c2dPtr;

  return 0;
}

Sortie:

a2aPtr->instanceOf<A>(): expected=1, value=1
a2aPtr->instanceOf<B>(): expected=0, value=0
a2aPtr->instanceOf<C>(): expected=0, value=0
a2aPtr->instanceOf<D>(): expected=0, value=0

a2bPtr->instanceOf<A>(): expected=1, value=1
a2bPtr->instanceOf<B>(): expected=1, value=1
a2bPtr->instanceOf<C>(): expected=0, value=0
a2bPtr->instanceOf<D>(): expected=0, value=0

a2cPtr->instanceOf<A>(): expected=1, value=1
a2cPtr->instanceOf<B>(): expected=0, value=0
a2cPtr->instanceOf<C>(): expected=1, value=1
a2cPtr->instanceOf<D>(): expected=0, value=0

c2dPtr->instanceOf<A>(): expected=1, value=1
c2dPtr->instanceOf<B>(): expected=0, value=0
c2dPtr->instanceOf<C>(): expected=1, value=1
c2dPtr->instanceOf<D>(): expected=1, value=1

a2dPtr->instanceOf<A>(): expected=1, value=1
a2dPtr->instanceOf<B>(): expected=0, value=0
a2dPtr->instanceOf<C>(): expected=1, value=1
a2dPtr->instanceOf<D>(): expected=1, value=1

Performance

La question la plus intéressante qui se pose maintenant est de savoir si ce truc diabolique est plus efficace que l’utilisation de dynamic_cast. Par conséquent, j'ai écrit une application très basique de mesure du rendement.

InstanceOfPerformance.cpp

#include <chrono>
#include <iostream>
#include <string>
#include "DemoClassHierarchy.hpp"

template <typename Base, typename Derived, typename Duration>
Duration instanceOfMeasurement(unsigned _loopCycles) {
  auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  volatile bool isInstanceOf = false;
  for (unsigned i = 0; i < _loopCycles; ++i) {
    Base *ptr = new Derived;
    isInstanceOf = ptr->template instanceOf<Derived>();
    delete ptr;
  }
  auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  return std::chrono::duration_cast<Duration>(end - start);
}

template <typename Base, typename Derived, typename Duration>
Duration dynamicCastMeasurement(unsigned _loopCycles) {
  auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  volatile bool isInstanceOf = false;
  for (unsigned i = 0; i < _loopCycles; ++i) {
    Base *ptr = new Derived;
    isInstanceOf = dynamic_cast<Derived *>(ptr) != nullptr;
    delete ptr;
  }
  auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  return std::chrono::duration_cast<Duration>(end - start);
}

int main() {
  unsigned testCycles = 10000000;
  std::string unit = " us";
  using DType = std::chrono::microseconds;

  std::cout << "InstanceOf performance(A->D)  : " << instanceOfMeasurement<A, D, DType>(testCycles).count() << unit
            << std::endl;
  std::cout << "InstanceOf performance(A->C)  : " << instanceOfMeasurement<A, C, DType>(testCycles).count() << unit
            << std::endl;
  std::cout << "InstanceOf performance(A->B)  : " << instanceOfMeasurement<A, B, DType>(testCycles).count() << unit
            << std::endl;
  std::cout << "InstanceOf performance(A->A)  : " << instanceOfMeasurement<A, A, DType>(testCycles).count() << unit
            << "\n"
            << std::endl;
  std::cout << "DynamicCast performance(A->D) : " << dynamicCastMeasurement<A, D, DType>(testCycles).count() << unit
            << std::endl;
  std::cout << "DynamicCast performance(A->C) : " << dynamicCastMeasurement<A, C, DType>(testCycles).count() << unit
            << std::endl;
  std::cout << "DynamicCast performance(A->B) : " << dynamicCastMeasurement<A, B, DType>(testCycles).count() << unit
            << std::endl;
  std::cout << "DynamicCast performance(A->A) : " << dynamicCastMeasurement<A, A, DType>(testCycles).count() << unit
            << "\n"
            << std::endl;
  return 0;
}

Les résultats varient et sont essentiellement basés sur le degré d'optimisation du compilateur. En compilant le programme de mesure de la performance en utilisant g++ -std=c++11 -O0 -o instanceof-performance InstanceOfPerformance.cpp, La sortie sur mon ordinateur local était la suivante:

InstanceOf performance(A->D)  : 699638 us
InstanceOf performance(A->C)  : 642157 us
InstanceOf performance(A->B)  : 671399 us
InstanceOf performance(A->A)  : 626193 us

DynamicCast performance(A->D) : 754937 us
DynamicCast performance(A->C) : 706766 us
DynamicCast performance(A->B) : 751353 us
DynamicCast performance(A->A) : 676853 us

Mhm, ce résultat a fait réfléchir, car le timing montre que la nouvelle approche n’est pas beaucoup plus rapide que l’approche dynamic_cast. Il est encore moins efficace pour le cas de test spécial qui teste si un pointeur de A est une instance de A. MAIS le vent tourne en ajustant notre binaire en utilisant la compilation du compilateur. La commande du compilateur correspondante est g++ -std=c++11 -O3 -o instanceof-performance InstanceOfPerformance.cpp. Le résultat sur ma machine locale était incroyable:

InstanceOf performance(A->D)  : 3035 us
InstanceOf performance(A->C)  : 5030 us
InstanceOf performance(A->B)  : 5250 us
InstanceOf performance(A->A)  : 3021 us

DynamicCast performance(A->D) : 666903 us
DynamicCast performance(A->C) : 698567 us
DynamicCast performance(A->B) : 727368 us
DynamicCast performance(A->A) : 3098 us

Si vous ne dépendez pas de l'héritage multiple, que vous n'êtes pas opposé aux bonnes vieilles macros C, à la métaprogrammation RTTI et aux modèles et que vous n'êtes pas trop paresseux pour ajouter quelques petites instructions aux classes de votre hiérarchie de classes, cette approche peut dynamiser un peu votre application. en ce qui concerne ses performances, si vous finissez souvent par vérifier l’instance d’un pointeur. mais utilisez-le avec prudence. Il n'y a aucune garantie pour l'exactitude de cette approche.

Remarque: toutes les démos ont été compilées à l'aide de clang (Apple LLVM version 9.0.0 (clang-900.0.39.2)) sous macOS Sierra sur un MacBook Pro mi-2012.

Edit: J'ai également testé les performances sur une machine Linux en utilisant gcc (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.9) 5.4.0 20160609. Sur cette plate-forme, l’avantage en performances n’était pas aussi important que sur les macOs avec clang.

Sortie (sans optimisation du compilateur):

InstanceOf performance(A->D)  : 390768 us
InstanceOf performance(A->C)  : 333994 us
InstanceOf performance(A->B)  : 334596 us
InstanceOf performance(A->A)  : 300959 us

DynamicCast performance(A->D) : 331942 us
DynamicCast performance(A->C) : 303715 us
DynamicCast performance(A->B) : 400262 us
DynamicCast performance(A->A) : 324942 us

Sortie (avec optimisation du compilateur):

InstanceOf performance(A->D)  : 209501 us
InstanceOf performance(A->C)  : 208727 us
InstanceOf performance(A->B)  : 207815 us
InstanceOf performance(A->A)  : 197953 us

DynamicCast performance(A->D) : 259417 us
DynamicCast performance(A->C) : 256203 us
DynamicCast performance(A->B) : 261202 us
DynamicCast performance(A->A) : 193535 us
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andi1337

dynamic_cast est connu pour être inefficace. Il traverse la hiérarchie de l'héritage et est la seule solution si vous avez plusieurs niveaux d'héritage et devez vérifier si un objet est une instance de l'un des types dans sa hiérarchie de types.

Mais si une forme plus limitée de instanceof ne vérifiant que si un objet correspond exactement au type que vous spécifiez suffit à vos besoins, la fonction ci-dessous serait beaucoup plus efficace:

template<typename T, typename K>
inline bool isType(const K &k) {
    return typeid(T).hash_code() == typeid(k).hash_code();
}

Voici un exemple de la façon dont vous appelez la fonction ci-dessus:

DerivedA k;
Base *p = &k;

cout << boolalpha << isType<DerivedA>(*p) << endl;  // true
cout << boolalpha << isType<DerivedB>(*p) << endl;  // false

Vous spécifiez le type de modèle A (en tant que type que vous vérifiez) et transmettez l'objet que vous souhaitez tester en tant qu'argument (à partir duquel le type de modèle K sera inféré) .

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Arjun Menon